Funcionalização na superfície de Mxenes de carbetos e nitretos para o armazenamento de hidrogênio

Resumo

Diferentemente de combustíveis fósseis, o hidrogênio (H2) é uma alternativa sustentável e renovável no combate às mudanças climáticas, capaz de fornecer energia, a chamada energia verde, para diferentes plataformas, como automóveis, baterias e supercapacitores. Um dos grandes desafios é o armazenamento de H2, o qual possui diferentes propriedades dependendo da estrutura e técnica empregada. De forma alternativa, materiais bidimensionais (2D) têm sido uma escolha promissora ao armazenar H2 por possuir grande área superficial e vantagem de empilhamento em n camadas. Neste sentido, os Mxenes, estruturas lamelares geralmente baseadas em carbeto ou nitretos, têm cativado grande atenção em vista de seu processo de síntese acessível, flexibilidade a partir das diferentes terminações na superfície por grupos funcionais e possibilidade de interação com íons, metais ou moléculas. Por se tratar de uma nova classe de nanomaterial, ainda há poucos estudos avaliando a capacidade de retenção de H2 em vista do grande número de Mxenes sintetizados ou previstos teoricamente, e muitos destes sem considerar o efeito da terminação por diferentes agentes, fatores que são ampliados quando observado a influência do efeito multicamadas no armazenamento de H2. Considerando tais apontamentos, o atual projeto busca compreender o efeito das distintas terminações (-O, -OH, -H, -F e -Cl) na superfície dos Mxenes de carbetos (Ti3C2 e Ti4C3) e nitretos (TiN, Ti2N, Ti3N2 e Ti4N3) visando o armazenamento de H2. O estudo será conduzido via modelagem e simulação computacional baseada na teoria do funcional da densidade (DFT) aplicada a sistemas periódicos. Além disso, as abordagens em mono e multicamada dos Mxenes também serão consideradas com o objetivo de investigar o efeito conjunto dos grupos funcionais e espaçamento lamelar na capacidade gravimétrica e mecanismo de adsorção de H2.